S135钻杆钢的拉扭复合加载疲劳行为

摘要：

【摘要】采用疲劳实验和回归分析相结合的方法,研究了S135钻杆钢在拉扭复合加载条件下的疲劳行为,并对疲劳断口进行了微观分析。结果表明:当τa/σeq=0.7时,由拉扭应力幅对应的当量应力表示的疲劳寿命公式可很好地描述S135钻杆钢的拉扭疲劳寿命规律;疲劳断口由疲劳源区、疲劳裂纹稳定扩展区和快速瞬断区组成,疲劳裂纹从试样表面萌生,并向试样内部扩展,且常为多疲劳源,不同疲劳源断口的连接和复合加载形成所谓的"屋脊"状特征;拉扭疲劳断裂试样裂纹源区的微观断口特征为明显的河流花样,裂纹扩展区的微观断口特征为疲劳条带与涟波状花样。
【关键词】 S135钻杆钢；双轴疲劳；同相位；拉扭复合加载；断口；

引言：

【引言】钻杆是石油、天然气开采和地质勘探中的重要结构件，也是石油钻柱的主要构件。国内外油田均发生过大量的钻杆过早断裂事故，造成巨大经济损失。中国石油天然气管材研究所对近１０年来的钻具断裂案例进行分析后，发现其中８５％以上的案例属于低应力脆断、疲劳或腐蚀疲劳。在钻杆钻进过程中，钻杆主要承受弯矩、扭矩、轴向应力以及内外压力作用，是典型复合或多轴载荷，其中大部分是变动的，具有疲劳载荷的性质。除此之外，还受到温度和环境介质的影响，服役条件非常苛刻，经常导致钻杆的损伤和失效，所以，钻杆的过早失效主要是由疲劳、腐蚀疲劳引起的。

作者：

雒设计；赵康；王荣

作者单位：

西安理工大学材料科学与工程学院；西安石油大学材料科学与工程学院；